JPWO2002051650A1 - 組立式の軽合金製自動車及び二輪車用ホイール - Google Patents

Abstract

四輪車用あるいは二輪車用として比較的直径の大きい組立式の軽合金製ホイールの軽量化を図り、デザイン性の高いホイールを提供することを目的とし、アウターリムとインナーリムを一体に構成したリム２とセンターディスク１から成る２ピースタイプの組立式の軽合金製ホイールにおいて、前記のリムとセンターディスクを締結するファスナーボルトのネジ孔を形成するための複数の厚肉部９をリム２から突出させて一体に設け、該厚肉部を除く部分に於けるアウターリムのビートシート６部分からウエル部８に至る間のリム２を、ほぼ同じ厚さに仕上げたことを特徴とする。

Description

［技術分野］
本発明は、一体型のリムとセンターディスクをボルトなどのファスナーで締結して成る２ピースの組立式軽合金製自動車及び二輪車用ホイールに関するものである。
［背景技術］
図１２及び図１３は従来の２ピースタイプホイールを示し、図１２はホイールの正面図で左半分はセンターディスク１０１を一体型リム１０２にファスナーボルト１０３で固定した状態を示し、右半分はセンターディスク１０１を一体型リム１０２から取り外した状態を示す。図１３は回転軸心に平行な縦断面図で、一体型リム１０２は、アウターリムフランジ１０４、アウターリム側ビートシート１０６、ウエル部１０８、インナーリム側ビートシート１０７、インナーリムフランジ１０５を一体的に備えている。一方、センターディスク１０１は前記一体型リム１０２の全周に亙る厚肉部１０９に設けられたネジ孔１１０に、複数のファスナーボルト１０３をねじ込み締め上げることにより、一体型リム１０２に固定される。一点鎖線で囲まれた厚肉部の拡大断面図を図１３（ｂ）に示す。ファスナーボルト１０３は使用ボルトの本数にもよるが、通常そのネジ部の直径は６〜８ｍｍで、そのネジ径に合致するネジ孔を備えた一体型リム１０２の厚肉部１０９の直径方向の厚さＴは、アルミ合金鍛造製リムの場合約１４ｍｍであり、同鋳造製リムでは約１６ｍｍ必要で、ホイールの重量を著しく重くする原因になっている。例えば、１８インチ径（ビートシート直径が１８インチ（以下、ｉｎと記す））の場合、軽合金製鍛造リムでも、この厚肉部１０９はリムの全周に亙って形成されているため、本来必要とされるリムの厚さを除いた余分な厚さ即ち駄肉に相当する重量は約７００ｇに達する。センターディスクのデザインにもよるが、一体型リムとディスクがアルミ合金製でも１８ｉｎ径で８ｉｎ幅の本願形式の２ピースホイールの場合、その重量は１０ｋｇ余りになり、このような組立式はデザイン面では、センターディスクとリムが一体で作られたワンピースホイールよりは優れるものの、重量が重くなるという欠点がある。近年１９ｉｎ径や２０ｉｎ径のホイールが実用段階に入っているだけに、このような組立式ホイールの重量増が問題になっている。図１３（ｂ）に示すように肉厚部１０９とウエル部１０８の接点部分１１１は、ウエル部１０８の厚みがアルミ合金鍛造製で３．２ｍｍ、同鋳造製では５．０ｍｍ位であるが厚肉部１０９との肉厚差が大きいため図のようになだらかなＲ、Ｒ’で接点部分を構成しても応力集中が避けられず、破壊に至るまでの半径方向負荷耐久テストではこの接点部分（ネック部）におけるクラック発生が多かった。
解決しようとする課題は、軽合金製ホイールにおいて、四輪車用としては比較的直径の大きい１７ｉｎ、１８ｉｎ、１９ｉｎ、２０ｉｎ、二輪車用としては更に直径の大きい組立式のホイールの軽量化を図り、デザイン性の高いホイールを提供することである。
［発明の開示］
アウターリムとインナーリムを一体に構成したリムとセンターディスクから成る２ピースタイプの組立式の軽合金製ホイールにおいて、前記のリムとセンターディスクを締結するボルトのネジ孔を形成するための複数の厚肉部をリムから突出させて一体に設け、該厚肉部を除く部分に於けるアウターリムのビートシート部分からウエル部に至る間のリムを、ほぼ同じ厚さに仕上げることでリム全体の重量を軽減する。２ピースホイールはリムを一体型に構成しディスクと結合するためにボルトを用いて締結するのであるが、リム側に取着手段としてネジ孔を形成するような形式のホイールにおいては、ネジ孔の周辺を半径方向に厚肉にする必要がある。従って厚肉部を全周に構成した場合はリムの強度が増大するとはいうものの過剰な厚肉部はホイール自体の重量の増加を招くほかにウエル部との接点部分では応力集中によるクラックの発生する原因となっている。このような欠点を取り除くために本発明は過剰な厚肉部を最小限の肉厚にとどめて一体型リムの軽量化を図っている。また、厚肉部とリムの境界面にはフィレットを形成して応力が集中しないようにするほか、ネジ孔が厚肉部を貫通せず袋状にしてボルトを挿入したときに水分や汚れが残存してボルトが腐食しないようにする。
そして、請求項３の発明では、センターディスクと厚肉部の間に形成される窪みに樹脂体を固着したことを特徴としており、窪みには汚れが付着しやすくまた水分が残存するからこれを除去することを目的としている。発明の主旨がホイールの軽量化にあることから、樹脂体は発泡樹脂が好ましく芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が耐熱性の観点から好適に用いられる。更に発泡樹脂が窪みに固着された後リム内側に露出する面にはシリコン樹脂系、フッ素樹脂系の超撥水性塗料を塗布して発泡面を平滑にし汚れや水分の除去を確実にする。
［発明を実施するための最良の形態］
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１の左側半分は本発明による一体型リム２に対してセンターディスク１を取り付ける側から見た正面図であり、右半分はリム２の正面図である。４はアウターリムフランジ、５はファスナーボルト取着部であり、該取着部にはセンターディスク取付用のネジ孔１０が設けられ、周辺は円弧状に肉厚にしてファスナーとしてのボルトを用いてセンターディスクを締め付けたときに強固な保持力を発揮し得る強度を有している。従って、ファスナーボルト取着部はリムの厚みをより厚くしている厚肉部分である。センターディスク１はリム２のセンター穴（直径Ｄ）に嵌合され、ファスナーボルト３を用いてリムに固定される。図２は図１における一点鎖線で囲まれたＡ部分の拡大図である。ファスナーボルト取着部５の間の過剰な厚肉即ち駄肉（格子で示す部分）を除去した状態を図２におけるＢ−Ｂ断面図として図３に示す。従来は前出の厚肉部分が全周に及んでいたのであるが本実施例では図３に示すようにファスナーボルト取着部５のみを厚肉に残すようにしている。リム２は、ファスナーボルト取着部５間の厚肉部９の駄肉を除去し、アウターリムフランジ４からアウターリム側ビートシート６を経てウエル部８に至るまでほぼ同じ厚みに形成されるので、ウエル部８との接点部分１１に応力集中によるネック部が発生せず耐久性が増大する。１２は駄肉除去部である。図４は図３におけるＣ−Ｃ断面図であり、駄肉を除去した残りの肉厚ｔはアルミ合金鍛造製リムで約４ｍｍ、同鋳造製で約５．５ｍｍにまで薄肉にできる。
【実施例１】
図３に示す厚肉部９から過剰の厚肉部即ち駄肉を省く方法として、二つの方法がある。第一の方法は、一体型リムを従来のようにＮＣ旋盤で仕上げた後に、マシニングセンターなどによりエンドミルで駄肉を切除する方法と、第二の方法は、鍛造又は鋳造により駄肉を省いた形状に予め成形する方法である。発明者は先ず第一の方法で１８ｉｎリムを試作し、厚肉部９から駄肉を除去後この部分の真円度を測定したところ内部応力のバランスの乱れから、センターディスクとの嵌合直径Ｄ寸法が０．２〜０．３ｍｍ部分的に楕円状であることが判明した。この問題を解決するために、図５で示すようにリム側の嵌合直径Ｄ寸法入口のＣ面取り寸法を従来の１Ｃから１．５Ｃに変更した。これにより例え０．３ｍｍ楕円形になってもセンターディスク１の段付き部１４をリムの嵌合穴にファスナーボルトを徐々に締めることにより挿入でき、ファスナーボルトを完全に締め付けることによりリムの歪みがセンターディスクにより矯正されて真円となり組み立て後にバランス不良などのトラブルの発生はなかった。しかしこのようなエンドミルによる除去方法はリムの機械加工時間をかなり増加させる結果となり生産効率を低下させる。
【実施例２】
そこで、前述の第二の方法により、過剰の厚肉を素材の段階で省く方法を鍛造法で実施した。図６は一体型リム素材となるワーク１５の最終鍛造工程を示しており、上型１６及び上型ノックアウト１７が成形を終えて矢印Ｇの方向に上昇しているところを示す。ワーク１５が下型１８と下型ノックアウト１９上に残されていて、この後に下型ノックアウト１９が矢印Ｈの方向に上昇してワークは下型１８から取り出される。図７は図６に示す上型のＥ−Ｅ断面図を示す。この図で明らかなように上型１６の凹部２０がファスナーボルト取着部となる部分の突起２２をリムから突出させて一体に成形し、外周部２１で駄肉除去部１２を成形すると共にファスナー取着部間のリムの厚みを薄くし、リムの内側にファスナーボルト取着部の厚肉部と薄く成形されたリムの内面とを曲面で接続形成した凹曲面２３を形成する。図８（ａ）はワーク１５の一部拡大断面図であり、（ｂ）図はＦ−Ｆ断面図である。２点鎖線で示される部分はスピニング加工とＮＣ旋盤加工による加工完成後の形状を示す。ワークは従来の技術によるスピニング工程でワークの外側の部分Ｓをロール成形によりしごき、所定の厚さに伸展し、アウターリム部とウエル部を含むインナーリム部が形成される。本方法で問題になるのは駄肉除去が素材の段階で行われるために、駄肉除去後の輪郭が真円を保てるかということである。その対策としてはスピニング工程に入る前にワーク１５の溶体化処理と焼入れを済ませて、スピニング加工はアウターリム素材部４ａの内側から突起２２及び凹曲面２３に至るまで、マンドレル（図示せず）を正確に合致させてスピニングによる成形を行うことにより、焼入れによる変形を矯正すると共に、スピニング加工による凹曲面２３の変形を防止し、しかる後に人工時効による硬化のための熱処理を行うことにより解決している。勿論ＮＣ旋盤によるワークの加工は駄肉を除去した形状にされて得られる凹曲面２３に密接してセンターリングができるチャックを使用することにより、偏肉のない一体型のリムを完成することができた。
本発明のリムは二輪車用のホイールにも適用される。特に図示しないが、外側リムが対象に内側リムに現れるような形状であり、ディスクを固定するボルトのネジ孔加工部のみ厚肉に突起を形成するように鍛造又は鋳造し、真円度を保つために上述したような方法でワークに熱処理を行ったのちスピニングして一体型のリムを形成する。過剰な厚肉部を省き軽量で耐久性の高いホイールを得る。
上述したように、図３に示すリム２の形状はハッチングで示した形状を示しており、これにディスク１を装着すると厚肉部９がない部分のリム部は、図９（ａ）に示すように窪み２５が形成される。その状況はホイールが自動車に装着された状態では斜視図（ｂ）に示すようになっており、所定の間隔で形成される厚肉部９の間には窪み２５が形成され、汚れや水分が残留しやすい。この解決策としては、シリコーン樹脂系やフッ素樹脂系の超撥水性塗料を塗布して防汚層を形成してもよいが、同（ｃ）図に示すような窪みに対応した形状の樹脂体２６を固着してもよい。該樹脂体の配置は各窪みに個別に配置する場合と樹脂体が連結部材２８で連結され、あらかじめ円環状に配列するか適宜個数を配列したものを窪み全体に配置する場合がある。連結部材２８は窪みに当接する以外の部分を薄くした樹脂体と同じ材質で成形するか別の樹脂もしくは金属板の帯状体をあらかじめ樹脂体の中に埋設してもよい。樹脂体はホイールの軽量化を図るため発泡樹脂体が好ましく芳香族ポリアミド樹脂やポリイミド樹脂が好ましい。またこの発泡樹脂体を貼着した後に露出する面には、前出の超撥水性の塗料を塗布して防汚層２７を形成する。
図１０は、ファスナーボルトを取着する厚肉部９ａをリム２ａのタイヤが装着される側に設けた断面図である。この場合は鍛造後のリム成形におけるスピニング加工ができないが鋳造法により作製することができる。厚肉部はファスナーボルトが取着される部分のみリムから突出して形成されるが、リムの屈曲部分の強度を向上させるように作用するとともに、リムの内面側には厚肉部が無いので円筒面を形成して汚れや水分の残留が無くなる利点を有している。
図１１は、形状の異なるリム２ｂを示している。タイヤ装着の時に所定量のリムの深さｄが必要でありファスナーボルトを取着する厚肉部９ｂを設けた場合、図３に示すリム２の形状に比較して厚肉部の内径Ｄ’は若干小さくなりディスクのデザイン開口部は少なくなるが、厚肉部を設けない部分はリム２ｂのみとなりディスクを装着したときに窪みが形成されず汚れや水分の残留を防止できる利点を有しており、このリム形状は鍛造により作製することができる。
［産業上の利用可能性］
以上述べたように、本発明によれば２ピースタイプの組立式ホイールでありながら、リムの内側の過剰な厚肉を省き凹曲面に仕上げたことにより、外側リムからウエル部に至る間をほぼ同じ厚さに形成したので、外側リムとウエル部の接点部分に応力集中が生起せず耐久性が向上すると共に、１ピース一体型ホイールなみの軽量なホイールを得ることができる。しかもリムとディスクを締結するボルトの頭部がディスクのアクセントとなりデザイン的にも優れたホイールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の組立式軽合金製ホイールの正面図である。
図２は、図１に示すＡ部分の拡大図である。
図３は、図２に示すリムのＢ−Ｂ断面図である。
図４は、図３に示す厚肉部のＣ−Ｃ断面図である。
図５は、ディスクがリムに嵌合する様子を示す断面図である。
図６は、本発明の鍛造工程を示す一部断面図である。
図７は、図６に示す上型のＥ−Ｅ断面図である。
図８の（ａ）は、鍛造工程に於けるワークの一部拡大断面図であり、（ｂ）は、厚肉部のＦ−Ｆ断面図である。
図９は、ディスクをリムに取り付けた２ピース型組立式ホイールの１実施形態を示し、（ａ）は要部の断面図、（ｂ）はリムの斜視図、（ｃ）は樹脂体の斜視図である。
図１０は、他の実施形態を示すリムの一部断面図である。
図１１は、さらに他の実施形態を示すリムの一部断面図である。
図１２は、従来の２ピース型組立式ホイールの正面図である。
図１３の（ａ）は、従来の２ピース型組立式ホイールの半断面図であり、（ｂ）は、その厚肉部の拡大断面図である。
符号の説明
１　センターディスク
２　リム
３　ファスナーボルト
４　アウターリムフランジ
５　ファスナーボルト取着部
６　アウターリム側ビートシート
８　ウェル部
９　厚肉部
１０　ネジ孔
１１　接点部分
１２　駄肉除去部
１４　段付き部
１５　ワーク
１６　上型
１７　上型ノックアウト
１８　下型
１９　下型ノックアウト
２０　凹部
２１　外周部
２２　突起
２３　凹曲面
２５　窪み
２６　樹脂体
２７　防汚層
２８　連結部材

Claims (3)

1. アウターリムとインナーリムを一体に構成したリムとセンターディスクから成る２ピースタイプの組立式の軽合金製ホイールにおいて、前記のリムとセンターディスクを締結するファスナーボルトのネジ孔を形成するための複数の厚肉部をリムから突出させて一体に設け、該厚肉部を除く部分に於けるアウターリムのビートシート部分からウエル部に至る間のリムを、ほぼ同じ厚さに仕上げたことを特徴とする組立式の軽合金製自動車及び二輪車用ホイール。
2. 前記のネジ孔が袋状であることを特徴とする請求項１に記載の組立式の軽合金製自動車及び二輪車用ホイール。
3. センターディスクと厚肉部の間に形成される窪みに樹脂体を固着したことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の組立式の軽合金製自動車及び二輪車用ホイール。

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